二维颤振冷挤压振动台的系统设计与特性分析

摘要

冷挤压是塑性加工的主要方法之一，具有“优质”、“高利用率”、“低能耗”等优点，在建筑、航空、交通、通信等领域有广泛应用。但是零件在挤压成形的过程中，存在成形压力大、模具寿命低、零件成行不均匀等问题。针对上述难题，本课题组将振动引入塑性加工过程。在前期的研究中，利用轴向颤振工艺挤压轴套零件，一维的激励能降低一定的成形力，促进金属流动。然而其作用效果依旧有限，同时轴向振动台存在振幅和频率无法准确控制的缺陷，不能满足实验和应用的需求。因此，本文设计了适用于冷挤压的二维电液颤振冷挤压振动台，通过对模具施加轴向和径向的电液激励，对研究冷挤压工艺具有重要作用。
　　具体研究内容如下:
　　(1)介绍了二维颤振冷挤压振动台的工作原理，即采用电液伺服阀控制液压缸的活塞在初始的振动中心位置作周期性的往复运动，从而带动振动试验台实现高频微幅的振动。设计了轴向振动发生器和径向振动发生器，并对振动板的进行模态仿真。
　　(2)对颤振冷挤压振动台的轴向发生器和径向发生器分别建立数学模型，分析系统稳定性;用Simulink建立仿真模型，分析不同输入条件下液压缸的位移;利用Solidworks、Adams和Ansys建立刚柔耦合模型，进行整体的性能分析。
　　(3)根据二维颤振冷挤压振动台的功能需求，设计了相应的硬件电路和软件系统。
　　(4)搭建二维实验平台;利用激光位移传感器对振动台振幅进行测量，并与仿真结果比较;最后完成挤压轴套零件实验，测量二维颤振下的行程载荷，结果表明二维颤振的降载效果相对于轴向颤振的更加明显。
　　综上，本文设计的二维电液颤振冷挤压振动台适用于冷挤压成形加工，能在一定程度降低挤压成形力，该工艺表明可以在较小吨位的液压机上成形难加工的零件。

目录

声明

摘要

1．1 课题来源

1．2 选题背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 振动塑性成形研究现状

1．3．2 振动台分类及现状

1．3．3 电液式振动发生器研究现状

1．3．4 直接驱动式电液伺服阀研究现状

1．4 论文研究内容

1．5 本章小结

第2章 二维颤振冷挤压振动台设计

2．1 颤振冷挤压振动台的需求分析

2．2 颤振冷挤压振动台的工作原理及结构

2．2．1 振动台总体方案

2．2．2 振动台原理

2．3 轴向振动台的设计和参数

2．3．1 振动台的结构设计

2．3．2 轴向振动台的基本参数

2．4 径向电液颤振发生器

2．5 振动板模态分析

2．6 本章小结

第3章 二维颤振冷挤压振动台的建模与仿真分析

3．1 颤振冷挤振动台的模型建立

3．1．1 直动式电液伺服阀工作原理

3．1．2 伺服阀的流量方程

3．1．3 液压缸的流量方程

3．1．4 液压缸和力平衡方程

3．1．5 伺服阀控液压缸的传递函数

3．2 颤振冷挤振动台的仿真与分析

3．2．1 系统稳态特性分析

3．2．2 在Simulink中建立仿真模型

3．3 基于Ansys和Adams的刚柔耦合模型分析

3．3．1 动力学方程建立

3．3．2 仿真的模型建立与设置

3．3．3 动力学分析

3．4 本章小结

第4章 控制系统的硬件设计和软件设计

4．1 硬件电路的基本参数

4．1．1 性能指标

4．1．2 dspPIC30F4013的电路模块

4．1．3 电源电路模块

4．1．4 CAN通讯模块

4．1．5 D／A模块

4．1．6 伺服阀驱动模块

4．2 控制系统的软件设计

4．2．1 上位机软件的设计

4．3 本章小结

第5章 二维电液颤振冷挤压实验平台的搭建及实验分析

5．1 二维电液颤振冷挤压实验平台的介绍

5．1．1 挤压机设备

5．1．2 振动油箱设计

5．1．3 二维电液颤振发生系统设计

5．1．4 冷挤压轴套零件

5．2 实验控制及数据采集系统

5．3 振幅分析

5．4 行程载荷分析

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果